JP7382814B2

JP7382814B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP7382814B2
Application number: JP2019223844A
Authority: JP
Inventors: 啓文小西; 圭孝六車
Original assignee: Save the Planet Co Ltd
Current assignee: Save the Planet Co Ltd
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2023-11-17
Anticipated expiration: 2039-12-11
Also published as: JP2021093861A; JP2023129698A

Description

本発明は、直流電力を交流電力に変換して単相３線式の交流電圧線及び中性線に出力する電力変換装置に関する。

特許文献１には、第１及び第２の直流電圧線から入力される直流電力を交流電力に変換して単相３線式の第１及び第２の交流電圧線と中性線とに出力するインバータ回路と、前記中性線の電圧を検出する電圧センサと、前記第１及び第２の直流電圧線にそれぞれ接続された第１及び第２のスイッチング素子と、電圧センサにより検出された電圧に基づいて、前記第１及び第２のスイッチング素子のオン時間を制御することにより、第１及び第２の直流電圧線に流れる電流を調整する制御部とを備えたコージェネレーション装置が開示されている。

特許第４７７８４５７号

ところで、第１及び第２の直流電圧線から入力される直流電力を交流電力に変換して単相３線式の第１及び第２の交流電圧線と中性線とに出力するインバータ回路を備えた電力変換装置では、第１の交流電圧線と中性線との間、及び第２の交流電圧線と中性線との間にそれぞれ接続される機器（負荷）の消費電力や突入電力のばらつきにより、第１の交流電圧線と中性線との間に流れる電流、及び第２の交流電圧線と中性線との間に流れる電流にアンバランスが生じ、第１の交流電圧線と中性線との間の電圧、及び第２の交流電圧線と中性線との間の電圧にもアンバランスが生じやすい。このような電圧のアンバランスが生じると、家庭内の機器に、当該機器の推奨電圧範囲から逸脱する電圧が供給され、当該機器の動作に悪影響を及ぼす虞がある。

また、特許文献１では、第１及び第２の直流電圧線に流れる電流を調整するので、第１及び第２の直流電圧線に流れる電流が微少なときに、中性線電圧を精度良く制御できず、その結果、第１の交流電圧線と中性線との間の電圧、及び第２の交流電圧線と中性線との間の電圧のアンバランスを確実に抑制できないという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、第１の交流電圧線と中性線との間の電圧、及び第２の交流電圧線と中性線との間の電圧のアンバランスをより確実に抑制することにある。

また、もう１つの目的とするところは、電圧のアンバランス等の電力変換装置内の不具合が家庭内の機器の動作に悪影響を及ぼすのを抑制することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の第１の態様は、第１の直流電圧線及び中性線の間と、第２の直流電圧線及び中性線の間とにコンデンサを接続し、両コンデンサの蓄電量を、第１の直流電圧線及び中性線の間の電圧と、第２の直流電圧線及び中性線の間の電圧とに基づいて調整するようにしたことを特徴とする。

具体的には、本発明の第１の態様は、電力変換装置が、第１及び第２の直流電圧線から入力される直流電力を交流電力に変換して単相３線式の第１及び第２の交流電圧線と自立運転用の中性線とに出力するインバータ回路と、前記第１の直流電圧線及び前記中性線に接続された第１のコンデンサと、前記第２の直流電圧線及び前記中性線に接続された第２のコンデンサと、前記第１の直流電圧線及び前記中性線の間の第１の直流電圧と、前記第２の直流電圧線及び前記中性線の間の第２の直流電圧とを検出する直流電圧検出部と、前記第１及び第２のコンデンサの蓄電量を調整する中性線電圧調整回路と、自立運転時に、前記直流電圧検出部によって検出された第１及び第２の直流電圧に基づいて、当該第１及び第２の直流電圧の差を低減するように、前記第１及び第２のコンデンサの蓄電量を前記中性線電圧調整回路に調整させる制御部とを備えたことを特徴とする。

これにより、自立運転時に、第１の直流電圧線及び前記中性線の間の第１の直流電圧と、前記第２の直流電圧線及び前記中性線の間の第２の直流電圧との差を低減できるので、第１の交流電圧線と中性線との間の電圧、及び第２の交流電圧線と中性線との間の電圧のアンバランスを抑制できる。

また、第１及び第２の直流電圧の差を低減するように、第１及び第２のコンデンサの蓄電量を調整するので、特許文献１のように第１及び第２の直流電圧線を流れる電流を調整する場合に比べて、第１及び第２の直流電圧線を流れる電流が微少な場合に第１及び第２の直流電圧を精度良く制御できる。したがって、第１の交流電圧線と中性線との間の電圧、及び第２の交流電圧線と中性線との間の電圧のアンバランスをより確実に抑制できる。

また、前記態様において、前記制御部は、自立運転時に、前記直流電圧検出部によって検出された第１及び第２の直流電圧に基づいて、当該第１及び第２の直流電圧が等しくなるように、前記第１及び第２のコンデンサの蓄電量を前記中性線電圧調整回路に調整させるようにしてもよい。

これにより、第１及び第２の直流電圧を等しくできるので、第１の交流電圧線と中性線との間の電圧、及び第２の交流電圧線と中性線との間の電圧のアンバランスをより効果的に抑制できる。

また、前記態様において、前記中性線電圧調整回路は、前記第１及び第２の直流電圧線の間に第１の直流電圧線側から順に直列に接続された第１及び第２のスイッチング素子と、前記第１及び第２のコンデンサの中点、及び前記第１及び第２のスイッチング素子の中点の間に接続されたリアクトルとを備え、前記制御部は、自立運転時に、前記第１の直流電圧が第２の直流電圧よりも大きい場合には、前記第１のスイッチング素子のオン期間のデューティ比を上げるとともに、前記第２のスイッチング素子のオン期間のデューティ比を下げる一方、前記第２の直流電圧が前記第１の直流電圧よりも大きい場合には、前記第２のスイッチング素子のオン期間のデューティ比を上げるとともに、前記第１のスイッチング素子のオン期間のデューティ比を下げることにより、前記第１及び第２のコンデンサの蓄電量を前記中性線電圧調整回路に調整させるようにしてもよい。

また、本発明の第２の態様は、電力変換装置が、第１及び第２の直流電圧線から入力される直流電力を交流電力に変換して単相３線式の第１及び第２の交流電圧線と自立運転用の中性線とに出力するインバータ回路と、自立運転時に、複数のパラメータに基づいて、所定の停止条件が満たされているか否かを判定し、前記停止条件が満たされたときに前記インバータ回路の出力を停止させる停止制御を実行する制御部とを備え、前記複数のパラメータは、それぞれ電圧又は電流に関するパラメータであることを特徴とする。

これにより、停止条件が満たされた状態が継続するのを防止できる。したがって、停止条件を、電力変換装置内の不具合発生時の条件に設定することにより、電力変換装置内の不具合が家庭内の機器の動作に悪影響を及ぼすのを抑制できる。

また、前記態様において、前記第１の直流電圧線及び前記中性線に接続された第１のコンデンサと、前記第２の直流電圧線及び前記中性線に接続された第２のコンデンサとをさらに備え、前記複数のパラメータには、前記第１の交流電圧線と前記中性線との間の電圧、前記第２の交流電圧線と前記中性線との間の電圧、前記第１及び第２のコンデンサの中点電圧、前記第１の交流電圧線を流れる電流、及び前記第２の交流電圧線を流れる電流のうちの少なくとも２つのパラメータが含まれることを特徴とする。

また、前記態様において、前記停止条件は、前記第１及び第２の交流電圧線の間の電圧の絶対値が、所定の電圧線電圧閾値以上である場合に満たされるようにしてもよい。

これにより、第１及び第２の交流電圧線の間の電圧の絶対値が所定の電圧線電圧閾値以上となった状態が継続するのを防止できる。

また、前記態様において、前記停止条件は、前記第１及び第２のコンデンサの中点電圧の絶対値が、所定の中点電圧閾値以上である場合に満たされるようにしてもよい。

これにより、第１及び第２のコンデンサの中点電圧の絶対値が、所定の中点電圧閾値以上となった状態が継続するのを防止できる。

また、前記態様において、前記停止条件は、前記第１の交流電圧線を流れる電流及び前記第２の交流電圧線を流れる電流の少なくとも一方が、所定の電流閾値以上である場合に満たされるようにしてもよい。

これにより、第１の交流電圧線を流れる電流及び第２の交流電圧線を流れる電流の少なくとも一方が、所定の電流閾値以上となった状態が継続するのを防止できる。

また、前記態様において、前記停止条件は、前記第１の交流電圧線を流れる電流及び前記第２の交流電圧線を流れる電流の差が、所定の電流差閾値以上である場合に満たされるようにしてもよい。

これにより、第１の交流電圧線を流れる電流及び第２の交流電圧線を流れる電流の差が、所定の電流差閾値以上となった状態が継続するのを防止できる。

また、前記態様において、ユーザによる所定の手動入力を受け付ける入力部をさらに設け、前記制御部は、前記停止制御の実行後に前記インバータ回路に出力を再開させる復帰制御を、前記停止制御の過去の実行回数が所定の基準回数以下の場合には、前記停止制御の実行から所定時間が経過した時に実行する一方、前記停止制御の過去の実行回数が前記基準回数を超える場合には、前記入力部が前記所定の手動入力を受け付けたときに実行するようにしてもよい。

これにより、インバータ回路が、出力の停止動作及び再開動作を自動的に多く繰り返すのを防止できる。

本発明によると、第１の交流電圧線と中性線との間の電圧、及び第２の交流電圧線と中性線との間の電圧のアンバランスを抑制できる。

また、電力変換装置内の不具合が家庭内の機器の動作に悪影響を及ぼすのを抑制できる。

非停電時における本発明の実施形態に係る電力変換装置を備えた系統連系システムの構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。ＣＰＵの動作を示すフローチャートである。停電時における図１相当図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、系統連系システム１を示す。この系統連系システム１は、パワーコンディショナ１０と、第１及び第２の連系ブレーカー３０ａ，３０ｂ、及び中性線用ブレーカー３０ｃと、切替回路４０と、切替制御部５０とを備えている。

パワーコンディショナ１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と、本発明の実施形態に係る電力変換装置２０と、第１及び第２のスイッチ１２ａ，１２ｂと、単相３線の第１及び第２の連系端子１３ａ，１３ｂ、及び中性線連系端子１３ｃと、単相３線の第１及び第２の自立端子１４ａ，１４ｂ、及び中性線自立端子１４ｃとを備えている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、発電ユニット６０の出力電圧を所定の電圧に変換し、直流電力を第１及び第２の直流電圧線ＤＣＬ１，ＤＣＬ２に出力する。発電ユニット６０は、太陽電池パネル、風力等の太陽光以外の再生可能エネルギーを利用する発電機、蓄電池等で構成される。

電力変換装置２０は、図２に示すように、平滑コンデンサＣと、インバータ回路２１と、第１及び第２のコンデンサ２２ａ，２２ｂと、直流電圧検出部２３と、中性線電圧調整回路２４と、フィルタ回路２５と、交流電圧検出部２６と、交流電流検出部２７と、入力部２８と、制御部としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）２９とを備えている。

平滑コンデンサＣは、第１及び第２の直流電圧線ＤＣＬ１，ＤＣＬ２に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力を平滑化する。

インバータ回路２１は、第１及び第２の直流電圧線ＤＣＬ１，ＤＣＬ２から入力される直流電力を交流電力に変換して単相３線式の第１及び第２の交流電圧線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２と自立運転用の中性線ＮＬとに出力する。インバータ回路２１の定格電圧は、例えば、１００Ｖ及び２００Ｖである。

詳しくは、インバータ回路２１は、第１及び第２の直流電圧線ＤＣＬ１，ＤＣＬ２間に互いに直列に接続されたスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２と、第１及び第２の直流電圧線ＤＣＬ１，ＤＣＬ２間に互いに直列に接続されたスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４とを備えている。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の中間ノードと、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の中間ノードとの間には、互いにコレクタが接続されたスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６が直列に接続されている。これらスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の中央ノードには、ダイオードＤ１のアノードが接続され、当該ダイオードＤ１のカソードは、第１の直流電圧線ＤＣＬ１に接続されている。

第１のコンデンサ２２ａは、第１の直流電圧線ＤＣＬ１及び中性線ＮＬに接続されている。

第２のコンデンサ２２ｂは、第２の直流電圧線ＤＣＬ２及び中性線ＮＬに接続されている。第１及び第２のコンデンサ２２ａ，２２ｂの静電容量値は互いに等しく設定されている。

直流電圧検出部２３は、第１の直流電圧線ＤＣＬ１及び中性線ＮＬの間の第１の直流電圧を検出する第１の電圧センサ２３ａと、第２の直流電圧線ＤＣＬ２及び中性線ＮＬの間の第２の直流電圧を検出する第２の電圧センサ２３ｂとを備えている。

中性線電圧調整回路２４は、第１及び第２のコンデンサ２２ａ，２２ｂの蓄電量を調整する。具体的には、中性線電圧調整回路２４は、第１及び第２の直流電圧線ＤＣＬ１，ＤＣＬ２の間に第１の直流電圧線ＤＣＬ１側から順に直列に接続された第１及び第２の調整用スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８と、第１及び第２のコンデンサ２２ａ，２２ｂの中点、及び前記第１及び第２の調整用スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８の中点の間に接続された第１のリアクトルＲ１とを備えている。

フィルタ回路２５は、第１及び第２の交流電圧線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２にそれぞれ設けられた第２及び第３のリアクトルＲ２，Ｒ３と、第１及び第２の交流電圧線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２間に互いに直列に接続された第３及び第４のコンデンサ２５ａ，２５ｂとを備えている。第３及び第４のコンデンサ２５ａ，２５ｂの中点は、中性線ＮＬに接続されている。

交流電圧検出部２６は、第１の交流電圧線ＡＣＬ１及び中性線ＮＬの間の第１の交流電圧を検出する第３の電圧センサ２６ａと、第２の交流電圧線ＡＣＬ２及び中性線ＮＬの間の第２の交流電圧を検出する第４の電圧センサ２６ｂとを備えている。

交流電流検出部２７は、第１の交流電圧線ＡＣＬ１を流れる電流を検出する第１の電流センサ２７ａ、第２の交流電圧線ＡＣＬ２を流れる電流を検出する第２の電流センサ２７ｂ、及び中性線ＮＬを流れる電流を検出する中性線電流センサ２７ｃを備えている。

入力部２８は、ユーザによる所定の手動入力を受け付ける。

ＣＰＵ２９は、自立運転時に、直流電圧検出部２３によって検出された第１及び第２の直流電圧に基づいて、当該第１及び第２の直流電圧を等しくするように、前記第１及び第２のコンデンサ２２ａ，２２ｂの蓄電量を前記中性線電圧調整回路２４に調整させる。具体的には、ＣＰＵ２９は、自立運転時に、第１の直流電圧が第２の直流電圧よりも大きい場合には、前記第１の調整用スイッチング素子Ｓ７のオン期間のデューティ比を上げるとともに、前記第２の調整用スイッチング素子Ｓ８のオン期間のデューティ比を下げる。一方、前記第２の直流電圧が第１の直流電圧よりも大きい場合には、前記第２の調整用スイッチング素子Ｓ８のオン期間のデューティ比を上げるとともに、前記第１の調整用スイッチング素子Ｓ７のオン期間のデューティ比を下げる。また、第１の直流電圧と第２の直流電圧とが互いに等しい場合には、前記第１の調整用スイッチング素子Ｓ７のオン期間のデューティ比、及び前記第２の調整用スイッチング素子Ｓ８のオン期間のデューティ比を５０％とする。なお、ＣＰＵ２９は、自立運転時、第１の直流電圧と第２の直流電圧の合計が一定となるように第１及び第２の調整用スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８を制御する。

また、ＣＰＵ２９は、自立運転時に、交流電圧検出部２６及び交流電流検出部２７により得られた検出値を参照し、第１の交流電圧線ＡＣＬ１と中性線ＮＬとの間の電圧、第２の交流電圧線ＡＣＬ２と中性線ＮＬとの間の電圧、第１及び第２のコンデンサ２２ａ，２２ｂの中点電圧、第１の交流電圧線ＡＣＬ１を流れる電流、及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２を流れる電流に基づいて所定の停止条件が満たされている否かを判定し、停止条件が満たされたときにインバータ回路２１の出力を停止させる停止制御を実行する。第１及び第２のコンデンサ２２ａ，２２ｂの静電容量値が互いに等しいので、第１及び第２のコンデンサ２２ａ，２２ｂの中点電圧は、第１の交流電圧線ＡＣＬ１と中性線ＮＬとの間の電圧、及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２と中性線ＮＬとの間の電圧の和の１／２である。停止条件は、第１及び第２の交流電圧線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２の間の電圧の絶対値が、所定の電圧線電圧閾値ΔＶ_Ｌ以上であるという第１の条件と、第１及び第２のコンデンサ２２ａ，２２ｂの中点電圧の絶対値が、所定の中点電圧閾値ΔＶ_Ｒ以上であるという第２の条件と、第１の交流電圧線ＡＣＬ１を流れる電流及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２を流れる電流の少なくとも一方が、所定の電流閾値ＩＭａｘ以上であるという第３の条件と、第１の交流電圧線ＡＣＬ１を流れる電流及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２を流れる電流の差が、所定の電流差閾値ＩＤｍａｘ以上であるという第４の条件のうちの少なくとも１つが満たされることである。したがって、ＣＰＵ２９は、第１及び第２の交流電圧線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２の間の電圧の絶対値が、所定の電圧線電圧閾値ΔＶ_Ｌ以上である場合と、第１及び第２のコンデンサ２２ａ，２２ｂの中点電圧の絶対値が、所定の中点電圧閾値ΔＶ_Ｒ以上である場合と、第１の交流電圧線ＡＣＬ１を流れる電流及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２を流れる電流の少なくとも一方が、所定の電流閾値ＩＭａｘ以上である場合と、第１の交流電圧線ＡＣＬ１を流れる電流及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２を流れる電流の差が、所定の電流差閾値ＩＤｍａｘ以上である場合とに、前記停止制御を実行する。また、ＣＰＵ２９は、前記停止制御の実行後にインバータ回路２１の出力を再開させる復帰制御を、前記停止制御の過去の実行回数が所定の基準回数Ｎ以下の場合には、前記停止制御の実行から所定時間の経過時に実行する一方、前記停止制御の過去の実行回数が前記基準回数Ｎを超える場合には、前記入力部２８がユーザによる所定の手動入力を受け付けたときに実行する。

次に、ＣＰＵ２９が自立運転時に停止制御及び復帰制御を実行するときの詳細な動作について、図３にフローチャートを参照して説明する。

まず、Ｓ１０１において、ＣＰＵ２９が、第１の交流電圧線ＡＣＬ１と中性線ＮＬとの間の電圧、第２の交流電圧線ＡＣＬ２と中性線ＮＬとの間の電圧、第１及び第２のコンデンサ２２ａ，２２ｂの中点電圧、第１の交流電圧線ＡＣＬ１を流れる電流、及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２を流れる電流に基づいて、前記停止条件が満たされているか否かを判定する。具体的には、第１及び第２の交流電圧線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２の間の電圧の絶対値が、所定の電圧線電圧閾値ΔＶ_Ｌ以上であるという第１の条件、第１及び第２のコンデンサ２２ａ，２２ｂの中点電圧の絶対値が、所定の中点電圧閾値ΔＶ_Ｒ以上であるという第２の条件、第１の交流電圧線ＡＣＬ１を流れる電流及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２を流れる電流の少なくとも一方が、所定の電流閾値ＩＭａｘ以上であるという第３の条件、及び第１の交流電圧線ＡＣＬ１を流れる電流及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２を流れる電流の差が、所定の電流差閾値ＩＤｍａｘ以上であるという第４の条件のうちの少なくとも１つが満たされているか否かを判定する。そして、第１～第４の条件のうちの少なくとも１つが満たされている場合には、停止条件が満たされていると判定し、Ｓ１０２に進む一方、第１～第４の条件のいずれも満たされていない場合には、停止条件が満たされていないと判定し、Ｓ１０１を繰り返し実行する。

Ｓ１０２では、ＣＰＵ２９が、インバータ回路２１の出力を停止させる停止制御を実行し、予め記憶している過去の停止回数に１を加算し、Ｓ１０３に進む。

Ｓ１０３では、ＣＰＵ２９が、記憶している過去の停止回数がＮ回以下であるか否かを判定し、過去の停止回数がＮ回以下であるときにはＳ１０４に進む一方、過去の停止回数がＮ回を超える場合にはＳ１０６に進む。

Ｓ１０４では、ＣＰＵ２９が、タイマーによる時間のカウントを行い、カウントした時間が所定時間に達した時、すなわち停止制御の実行から所定時間が経過した時にＳ１０５に進む。

Ｓ１０５では、ＣＰＵ２９が、インバータ回路２１に出力を再開させる復帰制御を実行する。

Ｓ１０６では、ＣＰＵ２９が、入力部２８が所定の手動入力を受け付けたか否かを判定する。入力部２８が前記所定の手動入力を受け付けたと判定したときには、Ｓ１０５に進む一方、入力部２８が前記所定の手動入力を受け付けていないと判定したときには、Ｓ１０６を繰り返し実行する。

また、ＣＰＵ２９は、非停電時に第１及び第２のスイッチ１２ａ，１２ｂをオンする一方、停電時に第１及び第２のスイッチ１２ａ，１２ｂをオフする。

第１のスイッチ１２ａは、第１の交流電圧線ＡＣＬ１と第１の連系端子１３ａとの接続をオンオフする。

第２のスイッチ１２ｂは、第２の交流電圧線ＡＣＬ２と第２の連系端子１３ｂとの接続をオンオフする。

第１の連系端子１３ａは、第１のスイッチ１２ａを介して第１の交流電圧線ＡＣＬ１に接続されている。また、第１の連系端子１３ａは、第１の配線ＬＮ１を介して電力系統７０に接続されている。第１の連系端子１３ａと引込口８０との間には第１連系ブレーカー３０ａが設けられている。

第２の連系端子１３ｂは、第２のスイッチ１２ｂを介して第２の交流電圧線ＡＣＬ２に接続されている。また、第２の連系端子１３ｂは、第２の配線ＬＮ２を介して電力系統７０に接続されている。第２の連系端子１３ｂと引込口８０との間には、第２連系ブレーカー３０ｂが設けられている。

中性線連系端子１３ｃは、第３の配線ＬＮ３を介して電力系統７０に接続されている。中性線連系端子１３ｃと引込口８０との間には中性線用ブレーカー３０ｃが設けられている。

第１の自立端子１４ａは、第１の交流電圧線ＡＣＬ１に接続されている。

第２の自立端子１４ｂは、第２の交流電圧線ＡＣＬ２に接続されている。

中性線自立端子１４ｃは、中性線ＮＬに接続されている。

切替回路４０は、第１～第３の発電ユニット側スイッチ４１ａ～４１ｃと、第１～第３の系統側スイッチ４２ａ～４２ｃとを備えている。

第１の発電ユニット側スイッチ４１ａは、第１の自立端子１４ａと家庭内負荷９０との接続をオンオフする。

第２の発電ユニット側スイッチ４１ｂは、第２の自立端子１４ｂと家庭内負荷９０との接続をオンオフする。

第３の発電ユニット側スイッチ４１ｃは、中性線自立端子１４ｃと家庭内負荷９０との接続をオンオフする。

第１の系統側スイッチ４２ａは、第１の配線ＬＮ１と家庭内負荷９０との接続をオンオフする。

第２の系統側スイッチ４２ｂは、第２の配線ＬＮ２と家庭内負荷９０との接続をオンオフする。

第３の系統側スイッチ４２ｃは、第３の配線ＬＮ３と家庭内負荷９０との接続をオンオフする。

切替制御部５０は、第１～第３の発電ユニット側スイッチ４１ａ～４１ｃ、及び第１～第３の系統側スイッチ４２ａ～４２ｃのオンオフを制御する。切替制御部５０は、電力系統７０の非停電時において、第１～第３の発電ユニット側スイッチ４１ａ～４１ｃをオフするとともに第１～第３の系統側スイッチ４２ａ～４２ｃをオンする一方、電力系統７０の停電時において、第１～第３の発電ユニット側スイッチ４１ａ～４１ｃをオンするとともに第１～第３の系統側スイッチ４２ａ～４２ｃをオフする。

なお、家庭内負荷９０と切替回路４０との間には、分電盤９１が介在している。

以下、上述のように構成された系統連系システム１の動作について説明する。まず、電力系統７０の非停電状態においては、図１に示すように、切替制御部５０が、第１～第３の発電ユニット側スイッチ４１ａ～４１ｃをオフするとともに第１～第３の系統側スイッチ４２ａ～４２ｃをオンする。これにより、パワーコンディショナ１０の第１及び第２の自立端子１４ａ，１４ｂ、及び中性線自立端子１４ｃと、家庭内負荷９０との接続が遮断されるとともに、第１～第３の配線ＬＮ１，ＬＮ２、ＬＮ３が、家庭内負荷９０に接続される。また、パワーコンディショナ１０のＣＰＵ２９が、第１及び第２のスイッチ１２ａ，１２ｂをオンする。これにより、パワーコンディショナ１０の第１及び第２の交流電圧線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２が、第１及び第２の配線ＬＮ１，ＬＮ２に接続される。したがって、パワーコンディショナ１０から出力される電力が、家庭内負荷９０の消費電力を上回っている場合には、パワーコンディショナ１０の余剰電力が、電力系統７０に送られる。一方、パワーコンディショナ１０から出力される電力が、家庭内負荷９０の消費電力以下である場合には、パワーコンディショナ１０から出力される電力と、電力系統７０から送られる電力とが、家庭内負荷９０に供給される。

一方、電力系統７０の停電状態においては、図４に示すように、切替制御部５０が、第１～第３の発電ユニット側スイッチ４１ａ～４１ｃをオンするとともに第１～第３の系統側スイッチ４２ａ～４２ｃをオフする。これにより、パワーコンディショナ１０の第１及び第２の自立端子１４ａ，１４ｂ、及び中性線自立端子１４ｃが、家庭内負荷９０に接続されるとともに、第１～第３の配線ＬＮ１，ＬＮ２，ＬＮ３と、家庭内負荷９０との接続が遮断される。また、パワーコンディショナ１０のＣＰＵ２９が、第１及び第２のスイッチ１２ａ，１２ｂをオフする。これにより、パワーコンディショナ１０の第１及び第２の交流電圧線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２と、第１及び第２の配線ＬＮ１，ＬＮ２との接続が遮断される。したがって、パワーコンディショナ１０の第１及び第２の交流電圧線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２、及び中性線ＮＬが、家庭内負荷９０に接続され、パワーコンディショナ１０から出力される電力が、家庭内負荷９０に供給される。このとき、パワーコンディショナ１０は、自立運転を行う。また、ＣＰＵ２９が、第１の直流電圧が第２の直流電圧よりも大きい場合には、前記第１の調整用スイッチング素子Ｓ７のオン期間のデューティ比を上げるとともに、前記第２の調整用スイッチング素子Ｓ８のオン期間のデューティ比を下げる。一方、前記第２の直流電圧が第１の直流電圧よりも大きい場合には、前記第２の調整用スイッチング素子Ｓ８のオン期間のデューティ比を上げるとともに、前記第１の調整用スイッチング素子Ｓ７のオン期間のデューティ比を下げる。このような制御により、自立運転時に、第１の直流電圧線ＤＣＬ１及び前記中性線ＮＬの間の第１の直流電圧と、前記第２の直流電圧線ＤＣＬ２及び前記中性線ＮＬの間の第２の直流電圧とが等しくなるので、家庭内負荷９０の消費電力や突入電力にばらつきがあっても、第１の交流電圧線ＡＣＬ１と中性線ＮＬとの間の電圧、及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２と中性線ＮＬとの間の電圧のアンバランスを抑制できる。

また、第１及び第２の直流電圧の差を低減するように、第１及び第２のコンデンサ２２ａ，２２ｂの蓄電量を調整するので、特許文献１のように第１及び第２の直流電圧線ＤＣＬ１，ＤＣＬ２を流れる電流を調整する場合に比べて、第１及び第２の直流電圧線ＤＣＬ１，ＤＣＬ２を流れる電流が微少な場合に第１及び第２の直流電圧を精度良く制御できる。したがって、第１の交流電圧線ＡＣＬ１と中性線ＮＬとの間の電圧、及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２と中性線ＮＬとの間の電圧のアンバランスをより確実に抑制できる。

また、電力系統５０の停電状態において、第１及び第２の交流電圧線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２の間の電圧の絶対値が、所定の電圧線電圧閾値ΔＶ_Ｌ以上になった場合、ＣＰＵ２９が、インバータ回路２１の出力を停止させる停止制御を実行する。これにより、第１及び第２の交流電圧線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２の間の電圧の絶対値が前記電圧線電圧閾値ΔＶ_Ｌ以上となった状態が継続するのが防止される。したがって、第１及び第２の交流電圧線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２の間の電圧の絶対値が、所定の電圧線電圧閾値ΔＶ_Ｌ以上になるという不具合が、家庭内の機器の動作に悪影響を及ぼすのを抑制できる。

また、電力系統５０の停電状態において、第１及び第２のコンデンサ２２ａ，２２ｂの中点電圧の絶対値が、所定の中点電圧閾値ΔＶ_Ｒ以上になった場合にも、ＣＰＵ２９が、インバータ回路２１の出力を停止させる停止制御を実行する。これにより、第１及び第２のコンデンサ２２ａ，２２ｂの中点電圧の絶対値が、前記中点電圧閾値ΔＶ_Ｒ以上となった状態が継続するのが防止される。したがって、第１及び第２のコンデンサ２２ａ，２２ｂの中点電圧の絶対値が、中点電圧閾値ΔＶ_Ｒ以上となるという不具合が、家庭内の機器の動作に悪影響を及ぼすのを抑制できる。

さらに、電力系統５０の停電状態において、第１の交流電圧線ＡＣＬ１を流れる電流が所定の電流閾値ＩＭａｘ以上になった場合、及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２を流れる電流が所定の電流閾値ＩＭａｘ以上になった場合にも、ＣＰＵ２９が、インバータ回路２１の出力を停止させる停止制御を実行する。これにより、第１の交流電圧線ＡＣＬ１を流れる電流及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２を流れる電流の少なくとも一方が、所定の電流閾値ＩＭａｘ以上となった状態が継続するのが防止される。したがって、第１の交流電圧線ＡＣＬ１を流れる電流及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２を流れる電流の少なくとも一方が、所定の電流閾値ＩＭａｘ以上となるという不具合が、家庭内の機器の動作に悪影響を及ぼすのを抑制できる。

また、電力系統５０の停電状態において、第１の交流電圧線ＡＣＬ１を流れる電流及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２を流れる電流の差が、所定の電流差閾値ＩＤｍａｘ以上になった場合にも、ＣＰＵ２９が、インバータ回路２１の出力を停止させる停止制御を実行する。これにより、第１の交流電圧線ＡＣＬ１を流れる電流及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２を流れる電流の差が、所定の電流差閾値ＩＤｍａｘ以上となった状態が継続するのが防止される。したがって、第１の交流電圧線ＡＣＬ１を流れる電流及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２を流れる電流の差が、所定の電流差閾値ＩＤｍａｘ以上となるという不具合が、家庭内の機器の動作に悪影響を及ぼすのを抑制できる。

また、停止制御が実行されたとき、停止制御の過去の実行回数が所定の基準回数Ｎ以下の場合には、前記停止制御の実行から所定時間の経過時に、インバータ回路２１の出力を自動的に再開させる。また、停止制御の過去の実行回数が前記基準回数Ｎを超える場合には、入力部２８がユーザによる所定の手動入力を受け付けたときにインバータ回路２１の出力を再開させる。これにより、インバータ回路２１が、出力の停止動作及び再開動作を自動的に多く繰り返すのが防止される。

なお、上記実施形態では、第１～第４の条件のうちの少なくとも１つが満たされることを停止条件としたが、第１の交流電圧線ＡＣＬ１と中性線ＮＬとの間の電圧、第２の交流電圧線ＡＣＬ２と中性線ＮＬとの間の電圧、第１及び第２のコンデンサ２２ａ，２２ｂの中点電圧、第１の交流電圧線ＡＣＬ１を流れる電流、及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２を流れる電流のうちの少なくとも２つのパラメータに基づいて満たされているか否かを判定できる他の条件を停止条件としてもよい。

また、停止条件が満たされているかを判定するために参照する複数のパラメータを、それぞれのパラメータが電圧又は電流に関するパラメータであれば、他のパラメータとしてもよい。

なお、上記実施形態では、ＣＰＵ２９が中性線電圧調整回路２４に対し、第１及び第２の直流電圧に基づいて第１及び第２の直流電圧を等しくする制御を行ったが、第１及び第２の直流電圧に基づいて第１及び第２の直流電圧の差を低減させる制御であれば、上記実施形態以外の制御を行ってもよい。上記実施形態では、ＣＰＵ２９による中性線電圧調整回路２４の制御により、第１及び第２の直流電圧を等しくできるので、第１及び第２の直流電圧を等しくしない場合に比べ、第１の交流電圧線ＡＣＬ１と中性線ＮＬとの間の電圧、及び第２の交流電圧線ＡＣＬ２と中性線ＮＬとの間の電圧のアンバランスをより効果的に抑制できる。

本発明は、直流電力を交流電力に変換して単相３線式の交流電圧線及び中性線に出力する電力変換装置として有用である。

２０電力変換装置
２１インバータ回路
２２ａ第１のコンデンサ
２２ｂ第２のコンデンサ
２３直流電圧検出部
２４中性線電圧調整回路
２８入力部
２９ＣＰＵ（制御部）
ＤＣＬ１第１の直流電圧線
ＤＣＬ２第２の直流電圧線
ＡＣＬ１第１の交流電圧線
ＡＣＬ２第２の交流電圧線
Ｓ７第１の調整用スイッチング素子
Ｓ８第２の調整用スイッチング素子
Ｒ１第１のリアクトル
ΔＶ_Ｌ電圧線電圧閾値
ΔＶ_Ｒ中点電圧閾値
ＩＭａｘ電流閾値
ＩＤｍａｘ電流差閾値
Ｎ基準回数

Claims

第１及び第２の直流電圧線から入力される直流電力を交流電力に変換して単相３線式の第１及び第２の交流電圧線と自立運転用の中性線とに出力するインバータ回路と、
前記第１の直流電圧線及び前記中性線に接続された第１のコンデンサと、
前記第２の直流電圧線及び前記中性線に接続された第２のコンデンサと、
前記第１の直流電圧線及び前記中性線の間の第１の直流電圧と、前記第２の直流電圧線及び前記中性線の間の第２の直流電圧とを検出する直流電圧検出部と、
前記第１及び第２の直流電圧線の間に第１の直流電圧線側から順に直列に接続された第１及び第２のスイッチング素子を有し、前記第１及び第２のコンデンサの蓄電量を調整する中性線電圧調整回路と、
前記第１及び第２のコンデンサの蓄電量を前記中性線電圧調整回路に調整させる制御部とを備え、
前記制御部は、自立運転時に、前記直流電圧検出部によって検出された第１及び第２の直流電圧に基づいて、前記第１及び第２のスイッチング素子のうちの一方のスイッチング素子のオン期間のデューティ比を上げるとともに、前記第１及び第２のスイッチング素子のうちの他方のスイッチング素子のオン期間のデューティ比を下げる制御により、当該第１及び第２の直流電圧の差を低減させる電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、自立運転時に、前記第１の直流電圧が前記第２の直流電圧よりも大きい場合には、前記第１のスイッチング素子のオン期間のデューティ比を上げるとともに、前記第２のスイッチング素子のオン期間のデューティ比を下げる一方、前記第２の直流電圧が前記第１の直流電圧よりも大きい場合には、前記第２のスイッチング素子のオン期間のデューティ比を上げるとともに、前記第１のスイッチング素子のオン期間のデューティ比を下げることを特徴とする電力変換装置。
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、自立運転時に、前記直流電圧検出部によって検出された第１及び第２の直流電圧に基づいて、当該第１及び第２の直流電圧が等しくなるように、前記第１及び第２のコンデンサの蓄電量を前記中性線電圧調整回路に調整させることを特徴とする電力変換装置。
請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
前記中性線電圧調整回路は、前記第１及び第２のコンデンサの中点、及び前記第１及び第２のスイッチング素子の中点の間に接続されたリアクトルをさらに備えていることを特徴とする電力変換装置。